淮南矿业集团潘二煤矿潘四东井，安徽 淮南 232000
摘 要:根据矿井安全生产要求，应做到“有疑必探，先探后掘”。目前对地质构造及破碎带探测敏感的方法为地震波勘探，本次采用地震反射波和面波勘探两种方法,通过钻探成果、巷道实际揭露资料与地震波超前探测成果进行对比验证，从而得出效果评价。
关键词：矿井；地质构造；地震反射波；面波勘探
1概况
潘四东煤矿11613底抽巷掘进工作面位于潘四东煤矿-650m水平东一A组煤采区,巷道主要施工层位位于1煤底板c31灰岩层内，部分斜巷穿3、1煤、c32灰岩，巷道揭露的主要岩性为泥岩、细砂岩、3、1煤、 c31灰岩、 c32灰岩、煤线等。
2 地震波超前探工程设计
2.1反射波超前探方法原理
浅层反射地震勘探，是利用人工激发的地震波在岩土层中传播时发生的反射现象，采集地震波数据，利用偏移成像技术获取探测空间的二维地震剖面，通过对地震剖面的解译得到目的层位的赋存特征及其它地质条件。根据反射波原理，单道观测系统有相应波路图，且它的时距曲线方程为：
反之，根据测试波形求取反射相位时间，又可求解探测目标体的距离，即，从而进行地质解释。数据处理中的“偏移成像”功能指在给定速度等参数后将地震时间剖面转换成空间剖面一种数据处理技术。它最大限度地将反射同相轴归位到空间反射点上，同时消除了由于倾斜界面、尖灭点等引起的反射相位“偏移”现象，因而有利于地震剖面的解释和应用。
偏移成像是反射波数据处理的关键，采用了绕射扫描叠加偏移（图2-2），可以同时利用运动学（走时）和动力学（幅值、极性等）信息，其图像更直观，能提供岩体力学性质变化和构造组合特征等丰富的资料。首先将要成像的空间范围网格化，任一网格都看作是潜在的反射点。对于其中一个网格和一对炮点检波点，射线追踪出对应的传播路径旅行时间，在对应记录道中提取时间处的振幅并沿椭圆轨迹放置。反射波的旅行时可表示为：
式中=1，2，3，……，m，且m为参与叠加的记录道；为地震波的速度，为点的垂直深度，为扫描点处第炮第个接收点的绕射波旅行时。如果路径上的速度正确则所有记录中的反射弧在反射点处干涉增强。对所有网格点操作完成后即可获得成像空间的偏移剖面。
通过深度偏移可将巷道震波记录中的反射波从时间域映射到空间域，将来自于巷道前方的反射事件重新归位，实现巷道前方构造形态描述。深度偏移剖面是成像的重要成果图件之一，以此为基础进行巷道前方的构造及其它地质信息的解释。
2.2面波超前勘探方法原理
工程勘查中应用的面波技术为瞬态面波法，是用重锤下落或小炸药量爆炸激发产生面波，取代了激振器，每次激发产生的频率丰富，这样检波器接收的信号中包含各种频率成分。
瞬态面波法，又称表面波频谱分析法。人工激发产生面波后，由垂向检波器接收面波的竖向分量，根据频谱分析，可以得到两信号的自功率谱、互功率谱、传递函数及相干函数；由互功率谱可以得到两信号由于波传播过程中的时间滞后所产生的相位差的关系，即求得实测的频散曲线，再由成层地基动力学理论和反分析法可求得剪切波速度和深度的关系。
多道瞬态面波的数据处理主要流程主要有：预处理、生成频散曲线、模型反演、结果成图四个步骤。
2.3观测系统布置
本次工程采用反射地震波和面波超前探二合一的观测系统，同一组数据进行两种方法的处理。具体的观测系统布置如图1所示。
在宽为5米左右的巷道迎头掌子面上，布置间距为1米的检波器，共6个检波器。为兼顾单点反射和面波勘探，炮点设计在两道检波器之间，共6个震源。采用一发多收的观测系统，检波器的位置不动，逐一放炮。单次激发六道接收，共得到6个共炮点道集。
2.4勘探方案设计
本工程的探测范围为双侧迎头前方150米，设计进行6次探测，测点间距为25米。每次探测解释范围为前方50米，有效控制范围为25米【4】。
3地震波超前探工程成果在11613底抽巷掘进中的应用
3.1 探测结果
结合对比两种地震勘探反演结果，面波相速度整体速度保持在500m/s左右，反映巷道前方灰岩层位速度较慢。同时，在浅层8米以内，存在低速层，分析为巷道掘进过程中的松散层影响。图7中在巷道掘进前方岩体存在两处强反射异常，分别为10-20米和38米左右。在10-20米范围内，存在正负相位叠加的反射界面，需特别加强此处的钻探验证。在38米处存在反射界面，下次探测需关注此处异常。
3.2 探测结论
超前探测结果表明：
（1）在浅层8米以内，存在低速层，分析为巷道掘进过程中的松散层影响。
（2）在巷道掘进前方岩体存在两处强反射异常，分别为10-20米和38米左右。10-20米范围内的反射层存在正负相位叠加情况，需特别关注。在38米处存在反射界面，下次探测需关注此处异常。
（3）建议打钻验证物探结果。
3.3 巷道实际掘进与超前探测结果对比
根据11613底抽巷东段巷道实际揭露资料，GD31点前30.6-34.5m处巷道实际揭露f11613d-2 （∠51°H=1.2m）正断层，同时在GD31点前15.5m处施工的三个地质前探钻孔对断层均有反应，充分验证了f11613d-2 （∠51°H=1.2m）正断层的存在。
超前探测结果第二条表明：在巷道掘进前方岩体存在两处强反射异常，分别为10-20米和38米左右。10-20米范围内的反射层存在正负相位叠加情况，需特别关注。在38米（即GD31点前38m）处存在反射界面，下次探测需关注此处异常。
11613底抽巷东段巷道实际在GD31点前30.6-34.5m处揭揭露f11613d-2 （∠51°H=1.2m）正断层，地震波超前探测结果显示在GD31点前38米处存在反射界面，下次探测需关注此处异常。超前探测结果与巷道实际掘进揭露误差仅3.3m，探测精度在现有物探方法中属较高水平。
4结论
本次地震波超前探在11613底抽巷的应用，为探索岩石巷道超前探的新手段、新方法提供了新的尝试。通过分析地质前探钻孔和巷道实际揭露资料，结合地震波超前探工程成果，地震波超前探工程成果中反射异常均在11613底抽巷东段及西段掘进过程中得到了实际验证；勘探精度在现有物探方法如高精度三维地震勘探、瞬变电磁法、槽波地震勘探等现代化物探方法中属较高水平，对落差在3m以下的断层及灰岩顶板强反射界面均取得了较好的超前探测效果，凸显了物探在地质保障中的重要地位，为矿井安全生产提供了有力的技术保障。
参考文献:
【1】蒋亮亮，单娜琳，李永军.地震超前勘探在煤矿上的应用【J】.2010，（27）:357-398.
论文作者:李明
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第04期
论文发表时间:2019/6/21
标签：巷道论文; 反射论文; 地震波论文; 超前论文; 检波器论文; 剖面论文; 地质论文; 《工程管理前沿》2019年第04期论文;